Fizika. 10 klasė. Elektromagnetiniai virpesiai ir bangos.

Lempinis triodas ir tranzistorius

Anodo srovė triode reguliuojama keičiant tinklelio įtampą, o kolektoriaus srovė tranzistoriuje - keičiant bazės srovės stiprį, kuris būna daug mažesnis negu kolektoriaus srovės. Taigi maži bazės srovės pokyčiai tranzistoriuje sukelia didelius kolektoriaus grandine tekančios srovės pokyčius - silpna bazės grandinės srove galima valdyti stiprią kolektoriaus grandinės srovę.

Antena

Atviras virpesių kontūras, kur viršutinė kondensatoriaus plokštelė yra pakeista viela, o apatinė yra įžeminta.

Difrakcija

Bet koks nuokrypis nuo bangų tiesiaeigio sklidimo, nepaaiškinamas bangos atspindžiu arba lūžiu

Elektrinė talpa

C = q / U [C] = 1 F (faradas)

Optinio atvaizdo pavertimas elektriniais signalais

Daikto optinis atvaizdas televizijos perdavimo kameroje suprojektuojamas į elektroninio vamzdžio ekraną, sudarytą iš daugybės šviesiai jautrių elementų. Įvairiai išdėstyti, jie įgyja skirtingą krūvį. Elektroninis spindulys per vieną sekundę 25 kartus nuosekliai apibėga visus šviesai jautraus ekrano taškus ir jame atsiradusį elektrinį vaizdą paverčia elektrinių impulsų seka - vaizdo signalais.

Detektorinis radijo imtuvas

Elektromagnetines bangas priima atvirasis virpesių kontūras, sudarytas iš antenos, ritės ir įžeminimo. Pasiekusios anteną, bangos dėl elektromagnetinės indukcijos sukuria joje srovę. Atvirasis virpesių kontūras per ritę turi ryšį su radijo imtuvo kontūru, kurio virpesių dažnį galima keisti keičiant kondensatoriaus talpą. Tai darome sukdami radijo imtuvo derinimo rankenėlę. Elektromagnetinės bangos indukuoja imtuvo kontūre aukštojo dažnio moduliuotuosius elektromagnetinius virpesius. Jeigu jų dažnis sutampa su kontūro dažniu, įvyksta rezonansas - labai smarkiai padidėja virpesių kontūre amplitudė. Paskui iš aukštojo dažnio moduliuotųjų virpesių išskiriami garsinio dažnio virpesiai. Tam naudojamas detektorius - įrenginys, praleidžiantis srovę tik viena kryptimi. Detektoriumi gali būti diodas. Vienos krypties pulsuojanti srovė pasiekia lygiagrečiai sujungtus telefoną ir kondensatorių. Čia ji išsišakoja: kondensatoriumi teka pulsuojančioji aukštojo dažnio srovė, o telefonu žemojo dažnio srovė, mat telefono elektromagneto ritė blogai praleidžia aukštojo dažnio srovę. Garsinio dažnio srovė verčia virpėti telefono membraną, taigi elektromagnetiniai virpesiai vėl virsta garsais, kurie buvo perduoti į mikrofoną.

Radijo siųstuvas

Elektromagnetinių virpesių generatorius sukuria aukšto dažnio elektromagnetinius virpesius, kuriuos išspinduliuoja antena, įjungus jungiklį. Juo į erdvę bus galima pasiųsti bangų impulsus. Informacija keliauja radijo bangų impulsais - radiotelegrafu.

Kondensatorius

Elektros krūvį kaupiantis prietaisas. Jį sudaro du ar daugiau laidininkų, perskirtų plonu izoliatoriaus sluoksniu. Paprasčiausiu atveju tai būna dvi lygiagrečios juostelės arba plokštelės, vadinamos elektrodais. Kondensatoriaus savybė kaupti elektros krūvį apibūdinama fizikiniu dydžiu, vadinamu elektrine talpa. Prie srovės šaltinio prijungtos kondensatoriaus plokštelės įsielektrina. viena iš jų įgyja teigiamąjį krūvį, kita neigiamąjį. Tarp plokštelių atsiranda įtampa.

Virpesių kontūras - Antrasis periodo ketvirtis (ketvirtasis)

Elektros srovė iš karto nenutrūksta, bet toliau teka silpnėdama, mat ją palaiko ritėje atsiradusi saviindukcinė elektrovara. Indukuotoji srovė įkrauna kondensatorių priešinga kryptimi, t.y. priešingo ženklo krūviais. Periodo antrojo ketvirčio pabaigoje srovės stipris vėl pasidaro lygus nuliui, kondensatorius visiškai įsikrauna, o visa virpesių kontūro energija susikaupia tarp kondensatoriaus plokštelių. Taigi ritės magnetinio lauko energija vėl virsta kondensatoriaus elektrinio lauko energija. Tačiau dabar šio lauko jėgų linijų kryptis yra priešinga pradinei krypčiai.

Tranzistorinio generatoriaus veikimo principas

Energija tiekiama, kai apatinėje kondensatoriaus plokštelėje susikaupia didžiausias teigiamasis krūvis. Tada srovė iš emiterio turi tekėti į kontūrą. Tai įvyks tada, kai šaltinio pliusas bus sujungtas su baze, o minusas - su emiteriu. Toks elektrovaros poliškumas įmanomas tik suderinus indukcinį ryšį tarp virpesių kontūro ričių. Šis ryšys vadinamas grįžtamuoju. Po pusės periodo, kai kondensatoriaus plokštelių krūvis pasikeičia priešingu, pakinta ir elektrovaras tarp bazės bei emiterio ženklas - srovė, tekanti tranzistoriumi, nutrūksta ir energija į kontūrą nepatenka. Taigi tranzistorius panašus į jungiklį, kuris reikiamu momentu sujungia virpesių kontūrą su srovės šaltiniu.

Elektrinių signalų perdavimas ryšio priemonėmis

Generatoriaus sukurti aukštojo dažnio virpesiai moduliuojami šiais signalais ir sustiprinti siunčiami į imtuvą. Moduliuotoji elektromagnetinė banga perduoda informaciją dideliais atstumais. Vaizdo signalai siunčiami ultratrumposiomis bangomis. Jas galima priimti tik antenos tiesioginio matomumo srityje, todėl televizijos laidoms perduoti dideliais atstumais reikia aukštų televizijos bokštų ir retransliatorių.

Kas naudojama palaikyti radijo ryšiui

Generatorių sukurti neslopinamieji aukštojo dažnio virpesiai

Virpesių kontūras

Grandinė, sudaryta iš kondensatoriaus ir prie jo plokštelių prijungtos ritės

Elektrinių signalų pavertimas atvaizdais televizoriuje

Imtuve (televizoriuje) aukštojo dažnio moduliuotieji virpesiai detektuojami - vėl atverčiami į daiktų optinius atvaizdus, kurie susidaro elektroninio vamzdžio - kineskopo - ekrane. Spalvoti atvaizdai gaunami perduodant tris signalus, kurie perneša informaciją ir trimis pagrindinėmis spalvomis.

Kodėl bangos siunčiamos iš radiolokatoriaus turi būti labai trumpos

Kad dėl difrakcijos neapeitų kliūčių

Kodėl trumposios bangos žemėje gali nusklisti didelius atstumus

Kadangi trumposios radijo bangos daug kartų atsispindi nuo jonizuotų sluoksnių ir Žemės paviršiaus.

Mikrofono veikimo principas

Kalbant į mikrofoną, kinta jo varža, o kartu ir anodo grandine tekančios elektros srovės stipris. Taigi į mikrofoną patenkančiais garsais galima keisti aukštojo dažnio elektromagnetinių virpesių amplitudę. Amplitudės kitimo dažnis lygus garso virpesių dažniui. Toks aukštojo dažnio virpesių amplitudės keitimas vadinamas amplitudės moduliavimu, o aukštojo dažnio virpesiai, kurių amplitudė kinta garso virpesių dažniu, - moduliuotaisiais virpesiais.

Virpesių kontūras - Pirmasis periodo ketvirtis (Trečiasis priešinga kryptimi)

Kondensatorius laipsniškai išsikrauna ir iš teigiamai įelektrintos jo plokštelės į neigiamai įelektrintą plokštelę rite ima tekėti stiprėjanti elektros srovė, kuri šios periodo dalies pabaigoje įgyja didžiausią vertę. Toji iškrovos srovė sustiprėja ne akimirksniu, nes jai trukdo dėl saviindukcijos ritėje atsiradusi priešingos krypties srovė. Kai kondensatorius išsikrauna iki galo, visa jo elektrinio lauko energija virsta ritės magnetinio lauko energija.

Kodėl virpesiai slopsta

Kontūras turi nedidelę varža, todėl dalis jo energijos virsta vidine laidininkų energija, be to, šiek tiek jos išspinduliuojama į aplinką.

Elektromagnetiniai virpesiai

Kontūre vykstantis periodiškas elektrinio ir magnetinio lauko kitimas. Jeigu ne energijos nuostoliai, aprašytas procesas kontūre tęstųsi neribotai ilgai ir virpesiai jame būtų neslopinamieji.

Kam naudojami radiolokatoriai

Lėktuvams sekti, jų skrydžiams valdyti. Padeda nustatyti laivų vietą ir judėjimo kryptį. Plačiai taikomi meteorologijoje - matuojamas vėjo greitis aukštutiniuose atmosferos sluoksniuose, tiriamas debesų susidarymas, liūtys ir audros. Jais galima stebėti paukščių migraciją.

Elektromagnetinių virpesių generatorius

Nuolat papildo virpesių kontūro energiją, prarandamą dėl laidininkų šilimo. Svarbiausia jo detalė - vakuuminis triodas arba tranzistorius.

Radiolokacija

Objektų aptikimas ir atstumo iki jų matavimas naudojant radijo bangas

Elektriniai virpesiai

Periodiškas: • elektros krūvio kitimas • elektros srovės stiprio kitimas • įtampos kitimas elektros grandinėje

Virpesių periodas

Priklauso nuo kondensatoriaus talpos ir ritės induktyvumo. Kuo didesnė kondensatoriaus elektrinė talpa, tuo daugiau laiko reikia jam įkrauti ir iškrauti. Kuo didesnės ritės induktyvumas, tuo lėčiau dėl saviindukcijos kontūre stiprėja ar silpnėja srovė. T = 2π√LC T - virpesių periodas sekundėmis; L - ritės induktyvumas henriais; C - kondensatoriaus elektrinė talpa faradais;

Tranzistorius

Puslaidininkinis prietaisas, kurio veikimas labai panašus į vakuuminio triodo. Jį sudaro trys puslaidininkinių sluoksniai, atskirti vieni nuo kitų dviem sandūromis Dviejų kraštinių puslaidininkių laidumas yra vienodas, o vidurinio - priešingas. Kai vidurinis puslaidininkis yra skylinio laidumo, tranzistorius vadinamas NPN tranzistoriumi, kai elektroninio - PNP tranzistoriumi. Tranzistorių galima įsivaizduoti kaip du vienas prieš kitą grandinėje sujungtus puslaidininkinius diodus.

Radijo imtuvas

Radijo imtuvais pagauname radijo stočių siunčiamas moduliuotąsias elektromagnetines bangas ir išskiriame jų atneštą informaciją.

Virpesių kontūras - Periodo pradžia

Srovė kontūru neteka, o įelektrinto kondensatoriaus krūvis yra didžiausias.

Lempinio generatoriaus sudedamosios dalys

Sudaro triodas, virpesių kontūras, ritė, anodo grandinės ir katodo grandinės matinimo šaltiniai.

Tranzistorinio generatoriaus sandara

Tranzistorius; virpesių kontūras, nuosekliai sujungtas su srovės šaltiniu ir tranzistoriumi; ritė, induktyviai susieta su virpesių kontūro rite; nuolatinės srovės šaltinis.

NPN ir PNP tranzistoriai

Vidurinis sluoksnis paprastai būna labai plonas - vos keli mikrometrai ar mažiau. Abiejų rūšių tranzistoriai veikia panašiai. du išoriniai kontaktiniai tranzistoriaus išvadai vadinami emiteriu E ir kolektoriumi K, o vidurinis - baze B.

Dažnio moduliavimas

Virpesių dažnio keitimas garso signalu

Lempinio generatoriaus veikimo principas

Vykstant elektromagnetiniams virpesiams kontūre, jo ritės kintamasis magnetinis laukas indukuoja paralelinėje ritėje kintamąją elektrovarą, kurios kitimo dažnis lygus kontūro virpesių dažniui. Kadangi tos ritės laido vienas galas prijungtas prie tinklelinio elektrodo, o kitas prie katodo, tai tarp šių elektrodų susidaro kintamasis elektrinis laukas. Jis valdo anodo srovę - ją sustiprina arba susilpnina. Kai tinklelinio elektrodo grandinėje indukuotos elektrovaros ženklas sutampa su anodo srovės šaltinio elektrovaros ženklu, anodo srovė sustiprėja, kai nesutampa - susilpnėja arba iš viso nutrūksta. Taigi triodas kiekvieną periodą reikiamu momentu sujungia anodo srovės šaltinį su virpesių kontūru ir taip papildo kontūro energiją.

Radiolokatoriaus dalys

• Siųstuvas - siunčia į taikinį siauru pluoštu elektromagnetines bangas, kurios nuo to taikinio atsispindi • Imtuvas - priima taikinio atspindėtas elektromagnetines bangas

Televizijos perdavimo procesas

• daikto optinio atvaizdo pavertimas elektriniais signalais • elektrinių signalų perdavimas ryšio priemonėmis • elektrinių signalų pavertimas atvaizdais televizoriuje

Radijo bangos skirstomos į:

• ilgąsias (1 - 10km) • vidutines (100 m - 1 km) • trumpąsias (10 - 100 m) • ultratrumpąsias (100 mm - 10 m)